靜電風(fēng)輪的設(shè)計(jì)與制作

1、1靜電風(fēng)輪的設(shè)計(jì)與制作引言 在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，電學(xué)實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考試中占了很大一部分比例，靜電實(shí)驗(yàn)就是其中之一。在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中都要做靜電演示實(shí)驗(yàn)，這樣有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，加深學(xué)生對(duì)電學(xué)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。但是，大多數(shù)中學(xué)教師都不愿做靜電演示實(shí)驗(yàn)。究其原因，主要是影響靜電實(shí)驗(yàn)成敗的因素頗多；如天氣比較潮濕，空氣中的水分子比較多就容易導(dǎo)致放電；導(dǎo)體表面有尖端也極容易發(fā)生尖端放電，導(dǎo)致電量不足，演示不明顯或不成

2、功；絕緣體絕緣性能差更容易導(dǎo)致漏電，這些問題都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的成功率降低，或難以達(dá)到預(yù)期的效果。另外靜電實(shí)驗(yàn)的一大特點(diǎn)是高壓、帶電量少。由于這一特點(diǎn)使得靜電電荷很容易漏掉且常常是漏光，一般還不易察覺。根據(jù)前面所述并針對(duì)平常靜電實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題，我們通過自己動(dòng)手研制儀器并找出克制上訴問題的方案，讓靜電演示實(shí)驗(yàn)變得相對(duì)簡(jiǎn)單容易，能讓學(xué)生一目了然地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這樣我們自己也可以體驗(yàn)一下靜電實(shí)驗(yàn)制作的全過程和原理，并為我們今后更好地演示靜電實(shí)

3、驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過自己動(dòng)手來體驗(yàn)制作實(shí)驗(yàn)儀器的快樂。更能讓學(xué)生看到儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解儀器的工作原理，容易激發(fā)學(xué)生熱愛物理熱愛科學(xué)的情感。為此，我們通過靜電風(fēng)輪的設(shè)計(jì)與制作來說明常用靜電儀器的制作原理和方法。1 靜電風(fēng)輪的原理電風(fēng)輪實(shí)驗(yàn)依據(jù)的原理在電學(xué)方面是尖端放電，而在力學(xué)方面是轉(zhuǎn)動(dòng)定律。本實(shí)驗(yàn)的主要部件是用一個(gè)易拉罐底剪成的形狀對(duì)稱且具有相同方向尖端的金屬件。當(dāng)金屬件上加靜電高壓時(shí)，尖端處的電荷密度最大，尖端附近的電場(chǎng)最強(qiáng)，若強(qiáng)

4、到使空氣擊穿，則發(fā)生尖端放電，即強(qiáng)電場(chǎng)使空氣中的分子電離。若金屬件帶正電荷，則放電過程中產(chǎn)生的正離子將與金屬尖端的正電荷相互排斥，其反沖作用使尖端受到推力；若金屬件帶負(fù)電荷，則放電過程中將有空氣中的正離子被吸到尖端與處于尖端上的負(fù)電荷中和，此時(shí)，正離子的沖擊將形成對(duì)尖端的推力。無論哪一種情況都將使金屬件受到一個(gè)力矩的作用，使其沿尖端的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。2 高壓靜電電源的原理設(shè)計(jì)及制作方法靜電實(shí)驗(yàn)離不開高壓直流電源，即不管是做平行板電容實(shí)驗(yàn)、點(diǎn)

5、電荷電力線分布實(shí)驗(yàn)、平板電荷的電力線演示實(shí)驗(yàn)、尖端放電演示實(shí)驗(yàn)、還是靜電跳球演示實(shí)驗(yàn)等都離不開高壓直流電源。在通常情況下一臺(tái)高壓電源的輸入信號(hào)來3本上是 2 E2 了。它的值是變壓器次級(jí)電壓的二倍，所以叫做二倍壓整流電路。2.1.2 三倍壓整流電路原理如圖 2 在二倍壓整流電路的基礎(chǔ)上，再加一個(gè)整流二極管 D3 和－個(gè)濾波電容器 C3，就可以組成三倍壓整流電路，三倍壓整流電路的工作原理是：在 e2 的第一個(gè)半周和第二個(gè)半周與二倍壓整流電

6、路相同，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)半周時(shí)，D1、D3 導(dǎo)通，D2 截止，電流除經(jīng) D1 給 C1 充電外，又經(jīng) D3 給 C3充電， C3 上的充電電壓 Uc3=e2 峰值+Uc2-Uc1≈2 E2 這樣在 Rfz，上就可以輸出直流電壓 Usc=Uc1i+Uc3≈3 E2，實(shí)現(xiàn)三倍壓整流。圖 2 三倍壓整流電路圖2.1.3 多倍壓整流電路原理根據(jù)前面所述，當(dāng)增加多個(gè)二極管和相同數(shù)量的電容器，即可以組成多倍壓整流電路，如圖 3 所示。當(dāng) n 為奇數(shù)時(shí)，輸